Кибернетическая картина мира

роботизированного производства, LADET – для программирования проектирования, LASCIT – для автоматизации научных исследований, – что позволяет осуществить компьютеризацию всего цикла – от научных исследований до производства через проектирование.

В 1928 г. профессор Ленинградского университета В. Я. Пропп опубликовал книгу «Морфология сказки», в которой открыл неизвестные дотоле науке структурные закономерности волшебной сказки, важные не только для исследования фольклора, но и для программирования. Он исходил из понимания волшебной сказки как проявления творчества коллективного, обладающего специфическими особенностями. Специфику он усматривал в повторяемости, типовой устойчивости сказочного повествования, сказочной сюжетной структуры. Результаты исследований Проппа в настоящее время формулируются в виде трех постулатов:

1) постоянными, устойчивыми элементами сказки служат функции действующих лиц независимо от того, как и кем они выполняются. Они образуют основные составные части сказки;

2) число функций в волшебных сказках ограничено (В. Пропп выявил 31 функцию);

3) последовательность функций всегда одинакова.

Эти постулаты основываются на идее выделения конституирующих элементов определенной знаковой системы, непосредственно надстраивающейся над естественным языком. Теория Проппа может рассматриваться как один из способов порождения с помощью формальных средств литературного произведения. Ей предшествовали принципы искусственного формирования связных текстов, исходящие из работ Раймунда Луллия (1235–1315) и четко сформулированные в сатирическом описании Свифтом, где на основе перебора порождаются осмысленные предложения. Рассматриваются способы сокращения перебора.

Традиционная волшебная сказка состоит из трех частей: экспозиции – начальной части сказки, тела сказки и завершающей части – постпозиции.

Для сказок характерна почти неизменная типология действующих лиц – герой, антигерой, прорицатель, даритель, помощник, антипомощник, награда, глупец, антидаритель. Действующие лица делятся на две партии – партия героя (герой, даритель, помощник), партия антигероя (антигерой, антипомощник, антидаритель). Вне партий остаются прорицатели, роль которых сводится к сообщению герою или антигерою некоторой информации, необходимой для раз-

41

вития сюжета, награда – обычно царевна или принцесса, которой добиваются герой и антигерой, и глупцы, как правило, мешающие герою или оттеняющие своими неудачами успехи героя.

Например, список антигероев может содержать такие их воплощения как злой колдун, Баба-яга, Кощей Бессмертный и др., а список помощников может содержать такие их воплощения как Сивка-Бурка, волк, орел, заяц, щука и др.

Ограниченность и традиционность сказки позволяют строить компьютерный генератор сказочных сюжетов и в виде текстов, и в виде изображений с музыкальным сопровождением. Гораздо сложнее обстоит дело с созданием генераторов других текстов.

После выхода постановления ГКНТ СССР в 1972 г. о развертывании работ по робототехнике, возникли задачи по описанию действия коллективов роботов, по программированию их коллективных действий. К этой работе на договорных началах были привлечены и Тартуский университет (кафедра профессора Ю. М. Лотмана), и Ленинградский педагогический институт им. А. И. Герцена (кафедра профессора Б. Ф. Егорова), и Ленинградский институт авиационного приборостроения (кафедра профессора М. Б. Игнатьева). Был осуществлен структурный анализ так называемых служебных романов и выявлены 25 функций действующих лиц [17]:

1) препятствие – существование объективного препятствия для действующего исполнителя – администратора, агента;

2) запрет – запрещение каким-либо администратором какихлибо мероприятий;

3) нарушение запрета, которое может быть целенаправленным или нецеленаправленным;

4) преодоление препятствия; 5) вредительство, целенаправленное нанесение вреда; 6) устранение противника;

7) выведывание, сбор информации без разрешения соответствующего администратора;

8) обман, сознательная передача каким-либо администратором ложной информации;

9) совершение ошибки; 10) выбор, когда администратор выбирает между двумя или не-

сколькими возможностями; 11) подчинение, когда один администратор подчиняется друго-

му администратору, или условиям, или обстоятельствам;

42

12) дача обещаний, когда один администратор дает обещание сделать что-либо;

13) требование, настояние – функция, противоположная запрету; 14) соблазн или устрашение; 15) обмен услугами, такой вид помощи, в котором заинтересова-

ны обе стороны; 16) арбитраж, когда какой-либо третий администратор по отно-

шению к конфликтующим сторонам призывается к установлению истины;

17) поиск, разыскание соответствующего администратора или информации;

18) перемена – изменение места деятельности или служебного положения администратора;

19) уход – выбывание администратора из информационновычислительной системы;

20) премия или штраф; 21) помощь, когда какому-либо администратору оказывается

помощь; 22) единомыслие, коллективная функция, когда проявляется

единство позиции двух или нескольких администраторов в решении определенных вопросов;

23) единство действий, когда два или несколько администраторов осуществляют какое-либо дело совместно;

24) соперничество; 25) достижение искомого.

Понятие исполнителя – администратора – было введено при рассмотрении многопроцессорных систем еще в 70-е гг., задолго до появления теории агентов и многоагентных систем В настоящее время вычислительные системы – это мощные человекомашинные системы, которые объединяют людей-пользователей разного уровня через компьютеры и сети, сложилась мощная система гибридного интеллекта, где вышеупомянутые функции осуществляются. В результате образовались различные структуры в масштабе всего земного шара – это конфликтующие структуры в сфере финансов, торговли, транспорта, массовой информации и др., объединенные глобальным социокультурным циклом.

В искусстве сложилось своеобразное представление о времени и пространстве, о других фундаментальных понятиях. Каковы базовые понятия искусства? Чем они отличаются от таких же базовых понятий в науке? В технике? В физике? В биологии? В истории?

43

Главное в искусстве – это создание виртуальных миров и погружение в эти миры человека. Как эти виртуальные миры строились у древних греков? У Шекспира? В японском искусстве? В русской литературе XIX в. и сейчас?

Понятие эксперимента предполагает наличие теории. Без теории нет эксперимента, есть только наблюдение. С кибернетической (системной) точки зрения экcперимент – это управляемое наблюдение. Управляющей системой является научный метод, который, опираясь на теорию, диктует постановку эксперимента. Переход от простого наблюдения к эксперименту есть метасистемный переход в сфере опыта. Человек, решая различные задачи и имея перед собой какой-то план действий и модель среды из своего прошлого опыта, целенаправленно использует информацию, которая ему доставляется с помощью различных органов чувств. Структура виртуального мира задает как бы теорию для различных экспериментов. Человек не просто созерцает и наблюдает, он ставит эксперименты, которые без целостного представления о мире не дают результатов.

Возможны различные структуры виртуальных миров. Вопервых, их можно разделить на две группы – в первой группе может работать представление о времени, о прошлом, настоящем и будущем, в этой группе в принципе невозможно предсказывать будущее. Во второй группе миров представление о времени не работает, это как бы склад различных событий, из которых, как из конструктора, можно собирать различные картины мира, здесь возможно предсказание будущих событий – их нужно просто отыскать в этом банке данных. Компьютерные устройства памяти хорошо моделируют эту структуру виртуальных миров.

Но существуют виртуальные миры третьего типа с совершенно другой физикой, чем в нашем реальном мире. Эти три типа виртуальных миров взаимодействуют между собой, обмениваясь информацией, энергией и веществом. Существуют ли реально эти три типа миров? Это большой фундаментальный вопрос. Происходит много аномальных событий, объяснение происхождения которых нет в рамках существующих физических представлений, но можно их объяснить в рамках гипотезы о существовании трех миров.

Важным положением является утверждение, что естественный язык – это мощная моделирующая система, при этом нужно рассматривать весь объем текстов, накопленных человечеством [42, 24, 32], который непрерывно пополняется данными экспериментов

44

и наблюдений, новыми открытиями и изобретениями, новыми литературными произведениями и т. д. В естественном языке появляются новые слова, другие слова уходят из обихода. Система основныхконцептуальныхположений,характеризующихопределенный этап миропонимания, изменяется. Мировоззрение обычно считается уделом философов. Предполагается, что наука о Природе – это физика. Если принять, что ничего, кроме Природы, не существует, то, казалось бы, физики и должны сформулировать миропонимание, исходя из добытых ими эмпирических данных. Однако современный уровень развития физики не позволяет понять множество загадок Природы. Это было ярко продемонстрировано в процессе Бостонской дискуссии в 1996 г. на представительном симпозиуме в Бостонском университете, посвященном концептуальным основаниям квантовой теории поля.(Conceptual Foundation of Quantum Field Theory/ Ed. Tian Yu Cao. Cambridge University Press, 1999; Исаев П. С., Мамчур Е. А. Бостонская дискуссия // Успехи физических наук. 2000. № 172. С. 977–993). Науки подразделяются на естественные и гуманитарные, и все попытки сформулировать единое миропонимание, опираясь только на естественные науки, обречены на провал. Bсе – и представители естественных, и представители гуманитарных наук пользуются естественным языком для выражения своих мыслей. Поэтому в основу построения картины мира можно положить лингво-комбинаторное моделирование, разработка которого является самым ярким результатом артоники.

На основе понятия алгоритмической теории информации и понятия колмогоровской сложности сформулировано понятие теории– теория, взятая в качестве объяснения, является удачной только до такой степени, до которой она сжимает количество двоичных цифр, содержащихся в представлении фактов, в намного меньшее количество двоичных цифр, содержащихся в представлении теории. В некотором смысле понимание является сжатием, постижение есть сжатие! Чейтин в 1975 г. дал определение: бесконечная последовательность символов является случайной, если сложность, связанная с объемом программы для продуцирования некоторого начального отрезка последовательности, имеющего длину n, не может быть сделана как угодно меньше n.

Кибернетика, информатика и системика в единстве влияют на развитие всех других наук: физики, химии, биологии, социологии, экономики, лингвистики. Призрак бродит по миру, призрак самоорганизации. Все говорят о самоорганизации – от самоорганизации

45

отдельного человека, семьи, предприятия, города, региона, страны вплоть до всего мира. С целью обеспечить мир без войн была создана Организация Объединенных Наций после разрушительной Второй мировой войны, но не все у этой организации получается.

Сразу после возникновения электронных вычислительных машин в конце 40-х гг. ХХ в. возникли многочисленные дискуссии на тему «может ли машина мыслить?». Эти споры не закончены до сих пор, но они были полезными, так как позволили лучше понять возможности как компьютера, так и человека. В итоге родилось конструктивное понятие гибридного интеллекта, когда объединяются возможности и человека и машины, при этом имеются в виду вычислительные сети, объединяющие множество машин, через терминалы которых осуществляется взаимодействие со множеством людей. Гибридный интеллект чаще называют сетевым человекомашинным интеллектом, его исследование только начинается.

Предпринимаются попытки объяснить сознание с точки зрения физической теории.

Но, как показал Р. Пенроуз [75], явление сознания не может быть описано в рамках современной физической теории. В конце 40-х гг. ХХ в. Н. Винер, возродив кибернетику, рассматривал проблемы управления в биологических системах, машинах и обществе и не затрагивал кибернетические подходы к физике. Это привело к тому, что до сих пор существует большой теоретический разрыв между объяснением сознания и физической теорией, хотя, несомненно, достижения физики явились основой создания новой элементной базы для вычислительной и информационной техники.

В настоящее время сформировалась теория сложных систем – Complex Systems Theory. Согласно Аристотелю, сложная система – это система, в которой целое значительно больше суммы составляющих ее частей.

Сложные системы индивидуальны и отличаются друг от друга. Пример сложной системы – человек, каждый человек имеет уникальные генетический паспорт, отпечатки пальцев, психику и т. д. В связи с этим возникает важный вопрос о воспроизводимости опытов со сложными системами. В настоящее время в науке рассматриваются лишь те результаты, которые могут быть повторены, но тем самым за бортом научного рассмотрения оказывается громадная масса данных о плохо воспроизводимых событиях. Одна из причин невозможности получить повторяющийся результат в опыте – это уникальность сложных систем.

46

1.8. Виртуальные наномиры

Нас окружают различные самоорганизующиеся системы: это и живые организмы, которые рождаются, живут и умирают, это и социально-экономические системы, человекомашинные сложно организованные коллективы, которые тоже рождаются, живут и распадаются. К сожалению, технические системы, искусственно созданные человеком, чаще всего не являются самоорганизующимися, и людям приходится тратить много времени и ресурсов на их создание и программирование. В связи с развитием нанотехнологий во весь рост встает вопрос о создании самоорганизующихся наноструктур, ведь складывать из отдельных атомов и молекул нужные людям объекты оказывается очень трудоемким делом.

Автор еще в 50-е гг. ХХ в. принимал участие в создании цифровых систем управления металлорежущими станками, и тогда тоже вставала задача уменьшения потока информации от человека к машине при программировании обработки деталей на станках [39]. Самая первая ступень программного управления станками – это точечное управление, когда задаются координаты отдельной точки. Но если таких точек очень много, то встает вопрос об уменьшении их числа. Эту проблему удалось решить путем перехода к контурному управлению, когда задавались параметры линии, которую надо было воспроизвести на станке. Но если таких линий было много, то следующий шаг по сокращению потока информации от человека к машине заключался в переходе к поверхностному управлению, когда задавались параметры поверхности, которую надо было обработать на станке. При обработке сложных штампов нужно было выбрать металл из объемов, и сложилось объемное управление станками, управление на трехмерных многообразиях. В настоящее время станки с программным управлением составляют технологическую основу промышленности, создано много совершенных систем программирования, в которых реализованы и точечное, и контурное,

иповерхностное, и объемное управления. Дальнейшее сокращение потока информации от человека к машине было достигнуто за счет внедрения адаптивного управления станками, когда в процессе работы параметры системы станок – инструмент – деталь непрерывно измерялись и в процессе обработки вносились коррективы в программу, что позволило существенно повысить качество обработки

ипроизводительность как тех, кто заранее программировал работу станков, так и тех, кто непосредственно работал на станках.

47

Этот опыт может быть использован и при разработке нанотехнологий. Но самое главное – перейти к созданию самоорганизующихся систем, в этом случае удастся существенно сократить трудозатраты на создание наноструктур. Создаваемые наноструктуры должны выполнять задачи, поставленные людьми. Люди должны иметь возможность осуществлять внешнее управление как в процессе создания наноструктур, так и в процессе их использования. Если в процессе внешнего управления от людей требуется очень много информации, как в случае точечного программного управления, то необходимо искать другие пути создания наноструктур, с более высоким уровнем самоорганизации.

Предшественница нанотехнологий – микроэлектроника, опираясь на которую возникла современная вычислительная техника. Электронные вычислительные машины появились в конце 40 – начале 50-х гг. ХХ в. сразу в нескольких странах – США, Советском Союзе, Великобритании и др. За прошедшие 50 лет параметры ЭВМ улучшились в миллион раз – увеличилось их быстродействие, выросли объемы памяти, уменьшились габариты и энергопотребление, уменьшилась их стоимость, и сейчас компьютер – это самая распространенная машина в мире, которая эффективно используется во всех сферах человеческой деятельности. Но информатика и вычислительная техника возникли не на пустом месте, а на мощном фундаменте человеческой культуры, науки и техники. Для того чтобы понять феномен возникновения и развития информатики и вычислительной техники и определить их перспективы развития в направлении нанотехнологий, необходимо разобраться в том, что такое сложные системы и как они развиваются во времени и пространстве. Ключевым понятием теории и практики сложных систем является самоорганизация. Дух нашего времени пронизан идеей самоорганизации в самых разных аспектах.

Прежде всего идеей самоорганизации пронизана биология. Эволюция живых организмов – это яркий пример самоорганизации в изменяющихся условиях окружающей среды. Во-вторых, жизнь человеческого общества тоже пронизана идеями самоорганизации, семья, предприятие – это ячейки самоорганизации. Сложился глобальный социокультурный цикл с петлями обратной связи как в области генерации идей, так и в области генерации продуктов промышленности и их потребления. В качестве третьего примера необходимо указать на естественный язык как на сложную самоорганизующуюся систему, которой мы все пользуемся и которая

48

лежит в основе культуры по всем аспектам. По сути дела, это три основных источника теории самоорганизующихся систем, которая еще только начинает складываться.

Все системы можно разбить на три класса по своим размерам. Во-первых, человекоразмерные системы, наиболее изученные, которые проще всего наблюдать в развитии; в этих системах вопросы управления и информации занимают важное место.

Во-вторых, системы, которые много больше человекоразмерных систем, планетарные системы, звезды и галактики, наблюдаемые людьми издревле; но они горазда меньше изучены, в существующих моделях этих больших систем нет элементов управления и информатики.

В-третьих, системы, которые гораздо меньше человекоразмерных систем, – микромир, мир атомов и молекул, изучение которого ведется методами атомной физики и нанотехнологий; в моделях этих малых миров опять-таки не используются понятия об управлении и информации.

Таким образом, перед учеными стоит задача распространить идеи управления и информации, идеи самоорганизации и внешнего управления на системы, которые гораздо больше и гораздо меньше человекоразмерных систем, с учетом их специфики. Необходимые

идостаточные условия синтеза нанороботов будут сформулированы в гл. 2.

Технология виртуальных миров позволяет сделать реально зримыми самые различные наноструктуры, что важно для их анализа

исинтеза. Будущее индустрии представляется в виде небольших фабрик, которые по заказу смогут синтезировать самые различные наноструктуры, из которых можно будет строить человекоразмерные системы. При этом должны быть решены вопросы утилизации уже использованных систем. В настоящее время мы имеем множество свалок, где хранятся отходы, – использованные вещи от упаковок до старых автомобилей, что наносит большой вред экологии. Утилизация этих отходов в настоящее время требует больших трудовых затрат. Новые технологии должны обеспечить малозатратную утилизацию старых вещей.

Наряду с понятием самоорганизации стоит понятие о внешнем управлении той или иной системой. Ведь системы существуют не изолированно друг от друга, они оказывают взаимное влияние. В зависимости от идеологии и экономической и военной мощи отдельные страны навязывают другим линию поведения, которая выгодна

49

именно им. Биологические системы развиваются на основе генетической информации, которая им передается от родителей. Ребенок с детства подвергается воздействию родителей, они воспитывают и обучают ребенка, оберегают его от опасностей, но постепенно ребенок становится независимым и сам принимает решения.

1.9. Пример системы с внешним управлением (текущие угрозы террористических атак на авиационные системы

и их отражение с помощью внешнего управления)

Когда говорят о кибернетических системах, то прежде всего имеют в виду системы управления, где относительно небольшими усилиями можно достичь очень большого эффекта. Когда Норберт Винер говорил о кибернетике, то он имел в виду управление и связь в животном и машинах. В наше время приходится говорить об управлении людьми, манипуляцией сознанием и воздействии на компьютерные системы, которые стали неотъемлемой частью систем управления самых разных объектов. События последних лет показывают, что транспортные средства (ТС) – самолеты, корабли, автомобили – все чаще становятся орудиями совершения террористических актов, поэтому ниже сделан упор на рассмотрение кибернетических атак именно на транспортные системы. В связи с ростом противоречий терроризм стал неотъемлемым элементом картины мира.

Транспортные средства управляются людьми – пилотами, капитанами, водителями, и действующая концепция безопасности базируется на том, что эти люди дорожат своей жизнью и так управляют ТС, чтобы прежде всего самим не пострадать, самим не попадать в экстремальные опасные ситуации. Но террористические акты совершают люди, готовые пожертвовать своей жизнью ради идей, таких людей по мере роста социального неравенства и обострения ситуации становится все больше, что заставляет пересматривать саму концепцию безопасности ТС. В этих условиях возникла идея внешнего управления ТС, которая заключается в том, чтобы при возникновении экстремальной ситуации отключить из контура управления пилота, капитана или водителя (которые могут находиться под контролем злоумышленников) и ввести внешнее управление ТС из специального центра, тем самым не позволив использовать его в качестве опасного оружия [33].

50